KR20020092060A - 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물 - Google Patents

알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물의 합성에 관련한 것으로 발광소자, 센서, 나노소자, 유기박막 트랜지스터의 응용에 유용할 수 있는 폴리실록산 화합물을 제공코자 한 것이다.
규소와 규소 원자사이에 산소가 에스테르 결합상태로 연결된 선상 구조를 가진 폴리실록산의 작용성 Si-H의 반응성을 이용하여 상업적 응용성을 가지는 중요한 특성을 나타낼 유기 그룹들을 함유하는 신규의 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물들을 촉매(백금, 로듐) 존재 하에서 탈수소화 반응을 통하여 합성한 것이다.

Description

알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물{Polysiloxaen compound including alkoxy chemical group}
본 발명은 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물의 합성에 관련한 것으로서, 보다 구체적으로는 발광소자, 센서, 나노소자, 유기박막 트랜지스터의 응용에 유용할 수 있는 폴리실록산 화합물을 제공코자 한 것이다.
폴리실록산은 규소-규소 원자사이에 산소원자를 포함하는 단량체 구조 -[R1R2SiO]y- 와 같은 공중합체로써, 이때 R1, R2는 다양한 유기 그룹으로 치환될 수 있다. 이의 경우, R1=Me, R2=H로 구성된 폴리실록산을 주축으로 하고 있다.
폴리실록산의 경우 그들이 가지는 잠재적 가능성을 상업적으로 응용하고자 많은 연구가 이루어지고 있다 [참조 : Warrick, E. L., Forty Years of Firsts-the Recollections of a Dow Corning Pioneer, McGraw Hill, New York(1990)].
폴리실록산 유도체들은 낮은 유리전이온도와 그것이 가지는 매우 안정한 열적 안정성, 산화 안정성에 의해 이미 많은 응용연구가 이루어지고 있는 실정이다 [참조 : B. Zimmermann et al., Sensors and Actuators B, 41, 45(1997); Richard Hooper, et al., Macromolecules, 34, 931(2001); R. Andrew McGill, et al., Sensors and Actuators B, 65, 5(2000)].
일반적인 탄소-탄소 골격으로 이루어진 폴리머의 경우 탄소-탄소 결합길이가1.53Å인데 반해서 규소-산소 결합길이는 1.64Å이므로 그 구조가 매우 유연한 이점을 가지고 있으며, 또한 전기소자 연구에 이용되어지는 규소 산화막과 유사한 구조를 가짐으로서, 산화막 형성에 의한 유기물 박막 트랜지스터(TFT)의 열적 불안정성이나 소자 제작의 난점을 보완해주는 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명은 잠재적 반응성을 가진 다양한 유기 그룹들을 이러한 폴리실록산에 치환시켜 유기 작용기를 포함한 신규의 폴리실록산 화합물을 합성하고자 하였다. 폴리실록산의 규소원자에 치환된 작용성 그룹들은 하이드록시 그룹을 함유하는 고도의 반응성을 지닌 화합물로써 콜레스테롤, 2-(하이드록시메틸)-12-크라운-4, 안트라센메탄올, 4-메틸-5-티아졸에탄올, 피렌메탄올을 사용하여 합성하였다.
유기 작용기를 포함하는 폴리실록산은 대부분 불포화 유기화합물과 Si-H 작용성 폴리실록산의 촉매 존재 하에서 첨가반응을 통해 합성되어지고 있다 [참조 : E. Kalaycioglu, et al., Synthetic metals, 97, 7(1998) 및 I. Yilgor, et al., Adv. Polym. Sci. 86. 1(1988)].
본 발명은 잠재적 반응성을 가진 다양한 유기 그룹들을 이러한 폴리실록산에 치환시켜 유기 작용기를 포함한 신규의 폴리실록산 화합물을 합성하고자 한 것이다.
이에 본 발명에서는 유기 작용기의 하이드록시 그룹과 폴리실록산에 포함된 작용성 Si-H를 촉매 존재 하에서 탈수소화 반응을 통해, 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물을 합성함으로서 발광소자, 센서, 나노소자, 유기박막 트랜지스터의 응용에 유용할 수 있는 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물을 제공함에 본 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.
도 1은 본 발명 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물의 합성에 관한 개략도와 화학 구조도
도 2는 실시예 1에서 합성된 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산의 핵자기공명 스펙트럼
도 3은 실시예 2에서 합성된 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산의 핵자기공명 스펙트럼
도 4는 실시예 3에서 합성된 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산의 핵자기공명 스펙트럼
도 5는 실시예 4에서 합성된 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산의 핵자기공명 스펙트럼
도 6은 실시예 5에서 합성된 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산의 핵자기공명 스펙트럼
본 발명은 화학식 1의 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산에 관한 것이다.
상기 식에서 n은 1이상의 정수값을 가지며, 대략 1∼70이고, R은 알킬 또는 아릴, 이성분 아릴, 크라운 에테르 그룹이다.
상기 화학식1은 폴리실록산의 작용성 Si-H의 반응성을 이용하여 알콜성 하이드록시 그룹을 포함한 유기화합물들을 촉매화 반응으로 합성한 탄화수소 치환반응 생성물이다.
이때 사용하는 백금 전이 금속촉매는 백금-탄소 착체와 백금산(H2PtCl6)을 사용하였고, 4-메틸-5-티아졸에탄올인 경우 질소와의 반응성을 고려하여 클로로(트리페닐포스핀)로듐(Ⅰ)을 사용하였다.
각 반응은 가열을 하면서 수행할 수 있고, 반응에 영향을 끼치지 않는 유기용매 하에서 수행하였다.
이 반응 중에 사용되는 알콜성 하이드록시기를 함유한 유기 작용성 그룹으로는 콜레스테롤, 2-(하이드록시메틸)-12-크라운-4, 안트라센메탄올, 4-메틸-5-티아졸에탄올, 피렌메탄올이 있다.
본 발명은 실시예를 사용하여 아래에 더욱 자세히 설명하고자 하며, 여기서 발명에 따르는 각 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물들을 핵자기공명분석법을 이용하여 확인한다.
실시예 1
폴리메틸하이드로실록산 0.35g과 콜레스테롤 2.38g을 톨루엔 용매에 용해시킨 후 0.07g의 백금 촉매(Pt on activated carbon, 10% Pt cotent)를 가하여 15시간 동안 환류교반 시켰다.
반응용액의1H-핵자기공명분석으로 반응의 완결을 확인한 후 톨루엔 용매 50ml를 가하여 촉매를 여과시켜 제거하였다.
겔(Gel) 여과법(silicagel in chloroform)에 의해 반응용액 중 남아있는 소량의 콜레스테롤을 제거하였다.
감압증류법에 의해 용매를 제거하여 1.72g(3.86mmol, 65%)의 겔형 생성물을 얻는다.
이것은13-C,1-H 핵자기공명분석으로 분석하여 분자식 1의 콜레스테롤이 치환된 폴리실록산 화합물임이 확인된다.
실시예 2
폴리메틸하이드로실록산 0.067g(1.11mmol)과 2-(하이드록시메틸)-12-크라운-4 0.24g(1.16mmol)을 톨루엔 용매 25ml에 용해시킨 후 0.07g의 백금산 촉매(H2PtCl6)를 가하여 1일 동안 환류교반 시켰다.
반응용액의1H-핵자기공명분석으로 반응의 완결을 확인한 후 톨루엔 50ml를 가하여 촉매를 여과시켜 제거하였다.
압증류법에 의해 용매를 제거하여 0.205g(0.77mmol, 73%)의 겔형 생성물을 얻었다.
이것은12-C,1-H 핵자기공명분석으로 분석하여 분자식 2의 2-(하이드록시메틸)-12-크라운-4가 치환된 폴리실록산 화합물임이 확인된다.
실시예 3
폴리메틸하이드로실록산 0.23g(3.83 mmol)과 안트라센메탄올 1.01g(4.86mmol)을 크실렌 용매 25ml에 용해시킨 후 0.07g의 백금 촉매(Pt on activated carbon, 10% Pt content)를 가하여 5일 동안 환류교반 시켰다.
반응용액의1H-핵자기공명분석으로 반응의 완결을 확인한 후 크실렌 50ml를 가하여 촉매를 여과시켜 제거하였다.
겔 여과법(silicagel in xylene)에 의해 반응용액 중 남아있는 소량의 안트라센메탄올을 제거하였다.
감압증류법에 의해 용매를 제거하여 0.77g(2.91mmol, 76%)의 겔형 생성물을 얻었다.
이것은13-C,1-H 핵자기공명분석으로 분석하여 분자식 3의 안트라센메탄올이 치환된 폴리실록산 화합물임이 확인된다.
실시예 4
폴리메틸하이드로실록산 1.18g(19.66mmol)과 4-메틸-5-티아졸에탄올 3.51g (24.50mmol)을 톨루엔 용매 25ml에 용해시킨 후 0.04g의 크로로트리스(트리페닐포스핀)로듐(I)을 가하여 6시간 동안 환류교반 시켰다.
반응용액의1H-핵자기공명분석으로 반응의 완결을 확인하였다. 겔 여과법(aluminagel in THF : Diethylamine = 5 : 1)에 의해 반응용액 중 남아있는 소량의 4-메틸-5-티아졸에탄올을 제거하였다.
감압증류법에 의해 용매를 제거하여 1.83g(9.09mmol, 46%)의 겔형 생성물을얻었다.
이것은13-C,1-H 핵자기공명분석으로 분석하여 분자식 4의 4-메틸-5-티아졸에탄올이 치환된 폴리실록산 화합물임이 확인된다.
실시예 5
폴리메틸하이드로실록산 0.078g(1.30mmol)과 피렌메탄올 0.32g(1.37mmol)을 톨루엔 용매 25ml와 테트라하이드로퓨란 용매 10ml에 용해시킨 후 0.07g의 백금 촉매(Pt on activated carbon, 10% Pt content)를 가하여 2일 동안 환류교반 시켰다.
반응용액의1H-핵자기공명분석으로 반응의 완결을 확인한 후 톨루엔 50ml를 가하여 촉매를 여과시켜 제거하였다.
겔 여과법(silicagel in Chloroform)에 의해 반응용액 중 남아있는 소량의 피렌메탄올을 제거하였다.
감압증류법에 의해 용매를 제거하여 0.26g(0.89mmol, 65%)의 겔형 생성물을얻었다.
이것은13-C,1-H 핵자기공명분석으로 분석하여 분자식 5의 피렌메탄올이 치환된 폴리실록산 화합물임이 확인된다.
본 발명에 의해 합성된 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 화합물들은 폴리실록산의 유연한 골격구조를 가지면서 다량의 기능기들을 선상구조상에 배열한 구조적 특징을 가짐으로써 발광소자, 센서, 나노소자, 유기박막 트랜지스터의 응용에 유용할 수 있는 매우 우수한 발명이다.

Claims (2)

  1. 규소와 규소 원자사이에 산소가 에스테르 결합상태로 연결된 선상 구조를 가진 폴리실록산(화학식1)의 작용성 Si-H의 반응성을 이용하여 촉매존재 하에서의 탈수화 반응을 통한 알콕시 작용성 그룹을 포함한 폴리실록산 합성 과정
    상기 식에서 n은 1이상의 정수값을 가지며, 대략 1∼70이고, R은 알킬 또는 아릴, 이성분 아릴, 크라운 에테르 그룹인 것을 특징으로 하는 알콕시 작용성 그룹들을 포함한 폴리실록산 화합물.
  2. 제 1항에 있어서,
    동일하거나 상이할 수 있는 화학식 1에 하나이상의 실록산 단위를 함유하고,실록산 단위체의 갯수에 해당하는 작용성 그룹이 치환된 것을 특징으로 하는 알콕시 작용성 그룹들을 포함한 폴리실록산 화합물.
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